Ackumulatortank - beräkning

[setr]

Jag försöker räkna på värmeförluster i en "påhittad" ackumulatortank. => Den är kanske orealistisk men det hör inte hit...

Ackumulatortanken är cylinder-formad och är 3 m i diameter och 2 m i höjd. Det är vatten i tanken.

Volym: 14 m3
Mantelarea: 33 m2

Jag räknar med isolering kring tanken som är 1 m tjock. Det är isoleringsrulle (120mm) av glasull och har U=0,040 W/m2K.
Den totala U-värdet får jag då till U = U/d =0,04/1 = 0,04 W/m2K

Temp i rummet där tanken finns antar jag till 22 grader. Temp i tanken då den är 100% laddad är 85 grader.

Värmeförlusten W  blir då:

0,04=W/(33×55)=>W=0,04×33×63=83,16 [Wh] /per timme
för 24 timmar blir det

83,16 ×24 =1995,84 [Wh] alltså ca 2kWh

14 m3 vatten = 14000 l vatten, 14000 l vatten kan lagra:

W=p×V×Cp×∆T =1×14000×4,2×(80-30)=2940000[kJ]  vilket ger....
2940000 /3600 ≈817 kWh


Om detta stämde så skulle det ta 817/2= 408,5 dagar för vattnet att svalna från 85 till 22 grader i min tank. Detta är inte rimligt!!!

Vad gör jag för fel??

[ollebolle]

Varför tycker du det är fel?

Jag tycker det verkar rimligt med tanke på den enorma isoleringen och volymen utöver det vanliga.

En liten 15 l VV-beredare i båten håller värmen bra över natten och den är isolerad med några cm isolering.

Beräkningarna verkar stämma också vad jag kan se.

[Henrik Uddemar]

I en verklig tank skulle rören och vattnet i dem leda bort mycket värme, långt mycket mer än de 24 Kw/dygn som går igenom isoleringen.

Men hu vad man skulle få elda för att värma 14 kubik...

[setr]

Jag tyckte det var orimligt att kunna hålla värme i mer än ett år...

Jag har lekt lite  med tanken att kunna värma upp stora mängder vatten över sommaren
för att sen nyttja det när det blir lite kallare till höst...

[sɹǝpuɐ]

En intressant metod för att säsongslagring värme är att utnyttja marken under och runt ett hus. Man utnyttjar då ganska små temperaturskillnader, men har mycket stora lagringsvolymer. Det räcker då att isolera uppåt, avleda regnvatten och att man är en god bit över grundvatten-nivån. Det kan bli billigt eftersom man utnyttjar den befintliga marken, men typiskt kräver det en kulle eller liknande. Man kan rent av gräva ner huset i kullen och ha samma isolering till huset. Eftersom den omgivande marken är torr och varm blir det inga fuktproblem.

Kullen kan skapas av schaktmassor från en damm, som man håller fylld med det avledda regnvattnet.

http://en.wikipedia.org/wiki/Seasonal_thermal_store
http://www.norishouse.com/PAHS/UmbrellaHouse.html

[Tacitus]

Fast vatten är ju överlägset för värmelagring, lätt att pumpa igenom en värmeväxlare av något slag, bra anliggning etc.

Jord kan aldrig mäta sig med detta rent handhavandemässigt.

En underjordisk tank skulle ju i sådana fall vara mycket bättre än ren jord.

[Edgar]

Jag träffade en man som för bortåt 15 - 20 år sen byggde hus i Sävedalen utanför Göteborg. Hans hus var isolerat med ca 50 cm i väggarna och mer i taket (glömt hur mycket). I källaren hade han 120 kubikmeter accumulatortankar (!) och dessa värmdes över sommaren med solfångare till ca 95 grader. Värmen räckte sedan till fram i mars innan han behövde tillskottsvärme.

[sɹǝpuɐ]

Visst är vatten överlägset på många sätt. Ändå bättre är fasförändring. Smälta ett ämne med lämplig smältpunkt. Vatten är bra för att lagra kyla via fasförändring. Salter typ stearin för att lagra värme. Men skall man göra en STOR ackumulator för säsongslagring blir det nog billigare att använda relativt små temperaturskillnader i väldigt stora jordvolymer. "Allt" man då behöver göra är att dränera, lägga ner rör och isolera uppåt. När man har överskott på värme laddar man ackumulatorn. Man utnyttjar då det faktum att volymen ökar snabbare än ytan på ackumulatorn. Just större ackumulator, desto mindre förlusterna. Genom att ladda och ladda ur enligt motströmsprincipen utnyttjar man även temperaturgradienten.

[se38005]

W=p×V×Cp×∆T =1×14000×4,2×(80-30)=2940000[kJ]  vilket ger....
2940000 /3600 ≈817 kWh

Om detta stämde så skulle det ta 817/2= 408,5 dagar för vattnet att svalna från 85 till 22 grader i min tank. Detta är inte rimligt!!!

Vad gör jag för fel??

Ett fel jag ser är att du räknar med konstant ∆T.  Vartefter temperaturskillnaden minskar, så minskar även förlusterna. Du måste lösa detta med en integral.

[setr]

Ett fel jag ser är att du räknar med konstant ∆T.  Vartefter temperaturskillnaden minskar, så minskar även förlusterna. Du måste lösa detta med en integral.

Men det betyder att själva tiden man kan nyttja värmen blir ännu längre...   Eller??

[fishyerik]

Men det betyder att själva tiden man kan nyttja värmen blir ännu längre...   Eller??

Ja, i teorin. Självklart.

Ju lägre ∆T desto mindre förluster. Från början har du 85-22=63°
Vid 53,5° i tanken är förlusterna bara ca 1kWh/dygn
Vid 37,75° i tanken är förlusterna ca 0,5kWh/dygn. osv.

Sen beror det på hur kallt vatten du har användning för.

När jag grovberäknar sånt här avrundar jag häftigt till 1kWh/m3/K mycket enkelt, och mer exakt än så så måste du ta in fler faktorer för att det ska vara lönsamt att räkna om du inte använder ett makro eller motsvarande för att räkna.

Som du säkert redan börjat ana så kommer man lätt till situationer där man kan räkna på om mer isolering eller större tank är mest lönsamt. Till exempel som nämnt så kommer du ha stora förluster om du inte isolerar röranslutningarna också. 

Jag har för mig att EPS isolerar bättre än mineralull per volym.

Med en så välisolerad tank i den storleken i uppvärmt utrymme kan du från restprodukter röta fram nog med biogas för att värma ett stort hus och köra några bilar som körs normalt mycket.

[Skytten]

Din tank är stor, och den kan hålla värmen länge, på pappret verkar beräkningarna rätt, men oftast finns det i praktiken förluster i kopplingar och annat.

Kan i detta sammanhang inte låta bli att att beskriva ett alternativt sätt att lösa långtidslagring av värme med hjälp av solen.
Det finns av naturen redan skapade sådana, och projekt är på gång på flera ställen i världen. De varmare länderna kan tom producera elektricitet med detta. I vårt land skulle vi kunna värma hus, växthus och för industriella processer.


Stor tankar är väldigt dyra att bygga, isolering ett stort problem, samt kostnaden för att ladda dem. Dock är en lagring av värme från en tid till en annan fördelaktigt,  om det produceras billigare och/eller miljövänligare vid annan tid än behovet.

Vid långtidslagring, är det vanligen i vårt klimat den miljövänliga och billiga solenergin som är attraktiv.

Laddar man ett borrhål med sommarsol, vinner man något, men det krävs en värmepump för att komma åt nyttig värme, till dock ett lägre pris. metoden är ju vanlig i alla nordiska länder.

Jord och vatten är inga dåliga isolatorer. Vatten isolerar bra, om det inte fanns konvektion.  En stor solfångaryta är ofta kostsam, samt pumpar och lager, för säsong, även om driften ger miljövänlig och "billig" energi, så blir det ändå ett komplicerat projekt.

För att fixa en stor yta för att fånga sommarens solstrålning, kan man bygga en "soldamm".  En normal damm på låt oss säga 200 kvm, tar emot ca 180  kw (i genomsnitt hela dagen, vilket blir mycket  fler kilowattimmar) en solig dag. Pga av vattnets konvektion då varmt vatten är lättare, värms dammen upp mycket långsamt och nästan all energi ångar bort.

Kan man tänka sig en situation, där vatten blir tyngre när temperaturen höjs, skulle läget bli ett helt annat. En sådan damm skulle vid slutet på sommaren ha kanske 100 grader i vattnet i botten.

Man har upptäckt naturliga "soldammar" där vattnet är mycket hett i botten, därför att vatten leder värme dåligt, det gäller att förhindra konvektion till ytan.

En damm som är 3 meter djup, och avskärmad från omgivningen, mao avloppslös och har tät botten, samt vatten med mycket hög salthalt, kan uppvisa detta.

När solens strålar träffar dammen, övergår energin till värme. Den värme som träffar den svarta bottnen värmer den. Det varma vattnet på ytan löser mer salt och blir tyngre, det sjunket sakta ner. Vattnet i botten konvekterar inte upp eftersom det är tyngre ju varmare det är, pga av saltets löslighet med temperaturen.

Det bildas en skiktning, där det varmaste vattnet är tyngst och isoleras av vattenmassorna ovanför, med ett tjockt vattenlager. På samma sätt som sjöar har 4 gradet vatten i botten, då det är tyngst då. Det varma skiktet blir allt tjockare.

På den svarta bottnen ligger rör, där man tar ut värmen, vid behov, och vid kokrisk (ja det kan koka, vid ca 120 C).
200 kubikmeter, hetvatten är en hel  del energi.

Här har man ett system som fungerar naturligt, rätt utformat, och givetvis föremål för viss skötsel.

Jag har svårt att tänka mig ett enklare system med stor solfångaryta och samtidigt ett stort bra lagringssystem, som kan behålla värmen i månader, och tom fånga diffus strålning, och ge netto även under vissa vinterdagar.

Ser fram emot att någon ger sig på att bygga något sådant, billigt om dammen redan finns , även om mycket salt är en initial kostnad.

[fishyerik]

Principen är väl redan testad, fungerar men måttligt lönsam då.

Problemet är väl att dammen bör vara tät, eftersom stark koncentration av salt allmänt har en negativ inverkan på miljön, och om det ska hålla ett tag talar vi om betong, en rejäl konstruktion, betalar knappast räntan.

Med en så stor damm utan tillopp och utlopp kan man kasta i guldfiskar för ett par hundra SEK och ett till två år senare skörda och sälja guldfiskar för några tusenlappar eller mer om året. Väldigt enkelt, och man blir av med eventuell stickmyggs-produktion. I stället för en död solfångardamm som kostat mer än den ger tillbaka kan man ha en riktigt snygg levande damm.

[MagicHands]

får hoppas att guldfiskarna inte blir kokta en varm sommardag då bara.. eller så blir det Gumbo Pott på hela dammen. (om det nu stämmer att den kan koka!)

[fishyerik]

får hoppas att guldfiskarna inte blir kokta en varm sommardag då bara.. eller så blir det Gumbo Pott på hela dammen. (om det nu stämmer att den kan koka!)

Nja alltså, jag tycker att det vore mer trygg investering att odla guldfiskar i stället för saltmättad damm. Sannolikt mer miljövänligt också även om man bortser från saltläckaget och miljökostnaden med att ta fram materialet till dammen, då guldfiskar fortfarande i stor utsträckning flygs in till Sverige skulle man spara en del fossilkol i frygbränsle varje år.

[Skytten]

Kalkylen är ganska ogenomtänkt. En saltdamm behöver inte betong, dock ska den säkras för läckage. En dam på två tunnland producerar värme motsvarande  ett helt tåg av oljebilar.  Ca 300 kvm räcker till ett hus som skulle dragit drygt 3 kubik olja. Guldfiskar i all ära med de är inte konvertibla i detta sammanhang.

Tekniken är inte ens ny, utan fungerar väl i andra länder. Vi har den fördomen här att vi inte har sol nog. Detta är fel. I t.ex. Indien tog man ut 80 kubik 70-graders vatten varje dag till ett mejeri. I Israel produceras spetselektricitet 4 timmar dagligen.

Den dagliga solinstrålningen mätes ibland per kvm, och då har vi lägre siffror,men tar vi till den längre tiden vi har sol, blir resultatet annorlunda. Daglig total solinstrålning på sommaren är t.ex. inte mindre på Nordpolen än flera hundra mil söder därom.

Den årliga solinstrålningen är lägre här, just därför att den är säsongsberoende, finns ju vitsen med en soldamm. Vi lagrar för vintern, medan man i södern inte behöver värma hus, så man beräknar för uttag dagligen, året runt, för eltillverkning eller värme för industri, samt för att  kyla sina varma hus.

[fishyerik]

Jag vet inte hur du tänkt läckagesäkra en damm med mättad saltlösning annars? Vad är billigare, är tätt och har lång livslängd i mättad saltlösning med full exponering för solen och i temperaturer nära 100 grader

I torrt väder skapar saltlösning sin egen veke genom avlagringar, det indunstade saltet för upp nytt saltvatten där vattnet dunstar från och saltet blir kvar och avlagringarna växer, man får vad som i akvariesammanhang kallas saltkryp, det kan vara ganska omfattande redan i havssalthalt och hög luftfuktighet. Salt tränger in i material som lera och liknande genom osmos. Marken i kontakt med och i närheten blir förstörd för odling för lång tid framöver. 

Du kan inte bara räkna soltimmar, väldigt lite av våra soltimmar är i mindre än 45 graders vinkel, vid 45 graders vinkel behövs det 40% större yta för att samla lika stor andel av ljuset som i zenit, plus att solen passera mer atmosfär, dessa faktorer gör att du behöver ca dubbla ytan på en damm för att få samma energitillförsel vid 45 graders vinkel på det infallande solljuset som i zenit eller nära zenit. Och det är inte bara att dubbla ytan för att få samma mängd nyttjningsbar energi, eftersom en dubblad yta samtidigt dubblar energisvinnet. 

När vi har som mest infallande ljus är det fortfarande relativt kallt här, mot slutet av sommaren då omgivningen inte skulle kyla dammen lika mycket är ljusinfallet relativt litet.

I en nära mättad saltlösning får man mycket riktigt en minskning av kylning som normalt sker genom avdunstning, nästa problem är att det regnar och snöar här, ungefär 700liter vatten per kvadratmeter och år. Om det ska dunsta bort från dammen går det åt nästan 700kWh bara för det per kvadratmeter. Det är över 1000 timmar av våra bästa soltimmar, dom där som vi en riktigt bra sommar får några hundra av. Morgonsol, kvällssol och halvmulet skjuter inte in så mycket effekt.

70-gradigt vatten när solen står högre än vad den någonsin gör i Sverige flera timmar om dagen och omgivningstemperaturen är i snitt 20-25 grader högre än i Sverige betyder inte att du kan få nämnvärt med användbar värmeenergi ur en saltdamm i Sverige.   

Andra alternativet är att du tappar av vatten och tillför nytt salt, vanligt havsvatten innehåller ca 30kg per kbm så om det är det som ska ersättas rör det sig om över 2 kg per kvadratmeter och år, men det är väl betydligt högre salthalt som ska till om jag minns rätt, 10tals procent om det inte ska frysa på vintern, plus att man i så fall måste göra sig av med den utspädda saltlösningen. 

Självklart kan man använda sig av omvänd osmos också, men om jag förstått det hela rätt var idén att vi skulle spara energi och pengar, inte bli av med, det senare finns det redan massor av effektiva sätt för.

Varför skulle inte guldfiskar vara konvertibla? I ett kapitalistiskt system är väl allt med ett ekonomiskt värde konvertibelt? Var målsättningen att värma huset på ett mijlövänligt sätt så sälj guldfiskarnas avkomma och köp grön el och skaffa en värmepump, och/eller ett miljövänligt kraftverk av något slag. Vill man kan man samtidigt med guldfiskarna odla vass och elda vassen på vintern, då man behöver värmen som mest, eller varför inte röta den och köra bil och/eller ett biogas-kraft-elverk. 

Lagra sommarvärme kan man göra i grundvattnet på många ställen om man har tillgång till mark, kyl kåken på sommaren och värm den på vintern, en värmepump är naturligtvis bra att ha i sammanhanget, två borrhål, ett för att stoppa ner och ta upp kyla, ett för värme. Verkningsgraden för värmepumpar kan göras bättre ju mindre man behöver ändra temperaturen.   

Om jag ska försöka sammanfatta detta på ett lättförståeligt sätt:

Solenergin som träffar en horisontell vattenyta och inte reflekteras bort i Sverige är försumbar jämfört med Indien och Israel, förutom under ett par-tre månader när vi har som minst användning för värmeenergi, inte ens då kommer vi i närheten av energitillskottet från solen som en damm i Indien och Israel får.

Nederbörd späder ut saltvatten i sådan omfattning att om det ska dunsta från dammen så kyls den nästan lika mycket som solen klarar att värma den över omgivande temperatur.   

Man får värmeförluster även i en saltdamm, särskilt när det regnar och snöar i den, vilket det tenderar att göra ganska mycket mellan perioden solen är som starkast här och man har som mest nytta av värmen.

En saltdamm förstör (för växtodling) ett område större än vad den tar upp, särskilt om den inte byggs i betong eller något ännu tätare.